CN110013241A - 颅内压多探头监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种颅内压多探头监测系统，包括植入式多探头传感器，被植入在被监测者的颅内，用于采集颅内多个部位的压力数据并向体外输出数据；无线数据接收器，接收植入式多探头传感器输出的颅内多个部位的压力数据并导入智能终端；智能终端，用于对无线数据接收器导入的数据进行显示、处理和保存。本发明的多探头传感器系统完全植入动物颅脑内，无需导管和导线与外部设备连接，避免了冲击波经外部连接孔传递的干扰，减少了爆炸冲击波对监测设备的毁坏，能同时感知爆炸时颅脑不同部位的压力值，将头皮下、硬膜外和脑实质内的压力自动统一记录，保障了爆炸现场操作人员的安全，适宜于陆上、水下、舰船等不同爆炸环境的颅脑爆炸冲击伤研究实验。

Description

颅内压多探头监测系统

技术领域

本发明涉及生物医学电子技术领域，具体地，涉及一种颅内压多探头监测系统，尤其是一种监测冲击波向颅内间接传递的压力传感器系统。

背景技术

现有的颅内压检测装置适用于脑外伤、脑出血等各种原因引起的颅内压增高患者或者动物，通过检测到某一处压力的变化可以分析颅内压的增高，但是不能适用于颅脑爆炸冲击伤的研究。随着现代战争高爆性武器的发展，颅脑爆炸冲击伤和水下爆炸冲击伤成为战时最严重的创伤之一。此外，随着国际恐怖活动、意外突发事件(瓦斯爆炸等)的增多，颅脑冲击伤在和平时期也有增多的趋势。然而，颅脑爆炸冲击伤的致伤机制尚不完全明确，阐明爆炸冲击致使颅脑损伤的机制对早期救治、减缓后遗症和提高战斗力均有重要意义。

目前颅脑爆炸冲击伤的致伤机制包括直接冲击伤和间接冲击伤学说等。颅脑直接冲击伤学说是指爆炸冲击波直接作用于颅脑，通过颅骨直接传递或者通过骨缝传递到脑组织中，引起旋转或加速损伤，进而引起颅内压力改变造成颅脑器质性损害。颅脑间接冲击伤学说是指爆炸后颅骨在一定程度上可以抵抗冲击波高压，脑组织损伤主要来源于胸腔压力的传递，即冲击波作用于暴露的胸腹部，引起胸腹空腔脏器压力迅速升高，循环压力随之急剧升高，通过大动脉等传递到颅内引起的颅内微血管破裂和血脑屏障破坏，进而导致颅内压升高。尽管冲击波传递到脑组织的路径有所争议，但是颅内压升高是颅脑冲击伤的特征性变化之一，都是因为冲击波从头皮、颅骨、硬脑膜传递到脑实质的动态变化过程引起颅内压升高，现有的颅内压检测装置不能研究冲击波动态传递的致伤机制，因而明确冲击波导致颅内压变化的通路机制有助于颅脑冲击伤的早期预防和早期诊断。所以需要多探头压力传感器，分析不同部位压力变化。

临床和基础实验中颅内压的检测技术可以分为无创式和有创式两大类。无创式监测技术主要有无创脑电阻抗监测、前卤测压、经颅多普勒超声等间接方法，虽然无创伤和无感染风险，但是目前的技术测量结果容易受到操作环境和生理变化的影响，应用较为受限。有创式监测技术是指将传感器直接置入颅内，分为植入式和非植入式，探头可以直接放在硬脑膜外、硬膜下、蛛网膜下腔、脑实质、脑室内等，因而所测结果更为直观。

经过对现有技术的检索，申请号为201510106070.X的发明专利公开了一种植入式无线颅内压自动监测系统：包括专用控制设备和植入式压力传感器组件，所述植入式压力传感器组件部分被植入在被监测者的颅内；所述专用控制设备与所述植入式压力传感器组件通过无线进行通信和数据传输；所述植入式压力传感器组件进一步包括无线传输控制端、与所述无线传输控制端连接的柔性软管和与所述柔性软管连接的植入段，所述植入段端部设有压力传感器，所述压力传感器与所述无线传输控制端通过数据线连接，所述数据线穿设在所述柔性软管和所述植入段内部。该监测系统单一的探头设计只能监测硬脑膜下或者脑室内等某一处的颅内压力，不能同时监测颅内多个部位的压力，无法进行统一控制，达不到统一集成监控的效果，因而并不适用于动物颅脑爆炸冲击伤的动态传递过程研究。

因此，有必要研究一种监测冲击波向颅内直接传递的多探头压力传感器，从而发现爆炸冲击波致颅脑损伤的冲击波传递途径和衰减规律。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种颅内压多探头监测系统。

根据本发明提供的一种颅内压多探头监测系统，包括：

植入式多探头传感器，被植入在被监测者的颅内，用于采集颅内多个部位的压力数据并向体外输出数据；

无线数据接收器，用于接收植入式多探头传感器输出的颅内多个部位的压力数据，并将数据导入智能终端；

智能终端，用于对无线数据接收器导入的数据进行显示、处理和保存。

进一步地，所述植入式多探头传感器包括：

多探头模块，包括底座和与底座连接的三个传感器探头，所述三个传感器探头用于采集头皮下、硬膜外和脑实质内的压力数据；

集成处理模块，与多探头模块连接，用于处理多探头模块采集的压力数据；

无线通讯模块，与集成处理模块连接，用于将集成处理模块处理后的数据向体外输出；

电池模块，用于向多探头模块、集成处理模块，无线通讯模块提供电源；

外壳，用于容纳多探头模块、集成处理模块、无线通讯模块和电池模块。

进一步地，所述多探头模块为MEMS结构的微型压阻式传感器，所述集成处理模块中选用ARM微处理器，所述无线通讯模块选用ZigBee主控制器。

进一步地，所述三个传感器探头的敏感元件是粘贴式应变片。

进一步地，所述底座和三个传感器探头上均设有限位环，通过缝线与周围组织固定。

进一步地，所述限位环的直径为3mm。

进一步地，所述三个传感器探头的长度分别为10mm，20mm，30mm，其中头皮下探头长度10mm，硬膜外探头长度20mm，脑实质内探头长度30mm。

进一步地，所述外壳为钛合金外壳，所述三个传感器探头的表面为具有生物相容性的铂铱合金材料。

进一步地，所述智能终端为移动式平板电脑，与无线数据接收器为一体式结构。

进一步地，所述植入式多探头传感器为圆柱形，底面直径为12mm，高度为5mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的颅内压多探头监测系统中，多探头模块的底座和三个传感器探头上都有直径3mm的限位环，便于与周围组织用缝线固定，防止在手术操作、动物移动和爆炸过程中探头滑脱。

2、本发明的颅内压多探头监测系统中，植入式多探头传感器为的尺寸为底面直径为12mm,高度为5mm,外壳为钛合金外壳，探头表面为具有生物相容性的铂铱合金材料，探头长度分别为10mm,20mm,30mm，可以减少实验动物例如比格犬的颅骨骨窗面积。

3、本发明的颅内压多探头监测系统中，多探头传感器完全植入动物颅脑内，无需导管和导线与外部设备连接，避免了冲击波经外部连接孔传递的干扰，减少了爆炸冲击波对监测设备的毁坏，能同时感知爆炸时颅脑不同部位的颅内压，将头皮下、硬膜外和脑实质内的压力自动统一记录，并通过集成数据处理软件，共同显示在智能终端，保障了爆炸现场操作人员的安全，适宜于陆上、水下、舰船等不同爆炸环境的颅脑爆炸冲击伤研究实验。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明监测系统的结构框图

图2为本发明的原理示意图；

图3为本发明植入式多探头传感器在颅内的位置示意图；

图4为本发明植入式多探头传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图4所示，一种颅内压多探头监测系统，可以实时记录爆炸时头皮下、硬膜外以及脑实质内的压力改变。具体包括：

植入式多探头传感器1，被植入在被监测者的颅内，用于采集颅内多个部位的压力数据并向体外输出数据；

无线数据接收器2，为现有的ZigBee开发板充当无线接收器，通过无线方式接受植入式多探头传感器中的集成处理模块统一测得的颅内压数据，并将数据导入智能终端；

智能终端3，为安装有监测软件的移动式平板电脑，与无线接收器为一体式结构，用于对无线数据接收器导入的数据进行显示、处理和保存。

其中，如图4所示，植入式多探头传感器1包括：

多探头模块11，具体为MEMS结构的半导体硅材料的微型压阻式传感器，包括底座111和与底座连接的三个传感器探头112，三个传感器探头112的敏感元件是用半导体材料体电阻制成的粘贴式应变片，用于感知头皮下、硬膜外和脑实质内的压力数据，底座111和三个传感器探头112上均设有直径为3mm的限位环113，便于与周围组织用缝线固定，防止在手术操作、动物移动和爆炸过程中探头滑脱，而现有的装置没有限位环，爆炸实验时，颅脑剧烈旋转震荡，一旦探头移位会引起不同部位压力研究数据出现误差。探头表面为具有生物相容性的铂铱合金材料；为减少实验动物比格犬的颅骨骨窗面积，植入式多探头传感器的尺寸为底面直径12mm,高度为5mm,探头长度分别为10mm,20mm,30mm。

集成处理模块12，与多探头模块11连接，选用ARM微处理器，将头皮下、硬膜外和脑实质内探头所测的压力统一集成处理；

无线通讯模块13，与集成处理模块12连接，选用ZigBee主控制器，具有安全系数高、功耗低、传输速率低和开发难度低的特点，用于将集成处理模块处理后的数据向体外输出；

电池模块14，用于向多探头模块11、集成处理模块12，无线通讯模块13提供5V电源；

外壳15，为钛合金外壳，用于容纳集成处理模块12、无线通讯模块13和电池模块14。

冲击波实验步骤如下：

步骤A：选用实验动物比格犬，顶部头皮切开长约30mm,颅钻钻孔直径约15mm,切开硬脑膜，将传感器放置在头皮下，其中脑实质探头穿刺放置于硬膜下，并将硬膜缝合，并将硬膜与探头限位环用缝线连接固定；缝合硬膜后，将硬膜外探头放置于硬膜外，并将颅骨软组织与硬膜外探头用缝线连接固定；头皮下探头放置在颅骨外，并将头皮组织与头皮下探头用缝线连接固定。传感器及探头植入完成后，将头皮缝合。

步骤B:，将不同当量TNT爆炸产生的冲击波作为爆炸实验时的冲击波来源，爆源爆炸产生冲击波时，打开无线数据接收器和智能终端电源，读取检测结果。通过智能终端显示屏上实时监测受监测对象的颅内压数据，也可以对颅内压数据进行长期的存储和管理。

步骤C：当颅脑冲击实验完成时，手术打开头皮和硬脑膜，拆开缝线，取出多探头颅内压传感器，消毒，以备循环利用。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.颅内压多探头监测系统，其特征在于，包括：

植入式多探头传感器，被植入在被监测者的颅内，用于采集颅内多个部位的压力数据并向体外输出数据；

无线数据接收器，用于接收植入式多探头传感器输出的颅内多个部位的压力数据，并将数据导入智能终端；

智能终端，用于对无线数据接收器导入的数据进行显示、处理和保存。

2.根据权利要求1所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述植入式多探头传感器包括：

多探头模块，包括底座和与底座连接的三个传感器探头，所述三个传感器探头用于采集头皮下、硬膜外和脑实质内的压力数据；

集成处理模块，与多探头模块连接，用于处理多探头模块采集的压力数据；

无线通讯模块，与集成处理模块连接，用于将集成处理模块处理后的数据向体外输出；

电池模块，用于向多探头模块、集成处理模块，无线通讯模块提供电源；

外壳，用于容纳多探头模块、集成处理模块、无线通讯模块和电池模块。

3.根据权利要求2所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述多探头模块为MEMS结构的微型压阻式传感器，所述集成处理模块中选用ARM微处理器，所述无线通讯模块选用ZigBee主控制器。

4.根据权利要求2所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述三个传感器探头的敏感元件是粘贴式应变片。

5.根据权利要求2所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述底座和三个传感器探头上均设有限位环，通过缝线与周围组织固定。

6.根据权利要求5所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述限位环的直径为3mm。

7.根据权利要求2所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述三个传感器探头的长度分别为10mm，20mm，30mm。

8.根据权利要求2所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述外壳为钛合金外壳，所述三个传感器探头的表面为具有生物相容性的铂铱合金材料。

9.根据权利要求1所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述智能终端为移动式平板电脑，与无线数据接收器为一体式结构。

10.根据权利要求1所述的颅内压多探头监测系统，其特征在于，所述植入式多探头传感器为圆柱形，底面直径为12mm，高度为5mm。